ARCH+ 172

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Erschienen in ARCH+ 172,
Seite(n) 56-59

ARCH+ 172

Fallstudie 5: Nanowerkstoffe und Nanobeschichtungen

Von Kraft, Sabine

Das Spektrum reicht von der Elektronik bis zur Medizin und umfaßt mit der Herstellung von Nanowerkstoffen und -beschichtungen prinzipiell alle Bereiche, in denen Werkstoffe verarbeitet werden, egal ob im produktiven oder konsumtiven Sektor, ob in der optischen Industrie, im Fahrzeugbau oder in der Architektur, ob im Innenausbau oder bei einer Vielzahl alltäglicher Gebrauchsgegenstände.

Allgemein wird Nanotechnologie als der manipulative Umgang mit Partikeln, Strukturen und Bauteilen definiert, deren Größe unter 100 Nanometern liegt und die in dieser Größendimension andere physikalische Eigenschaften aufweisen als die entsprechenden Feststoffe. Ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter groß. Ein Nanopartikel von ca. 100 nm verhält sich in seiner Größe zu einem Fußball wie der Fußball zur Erdkugel. Trotzdem wird damit nicht der atomare Maßstab erreicht, nanoskalige Partikel sind aus Atomen oder Molekülen zusammengesetzt, deren Anzahl von zehn bis zu mehreren Hundert reichen kann. Nanoanalytik Der Vorstoß in diese Größendimensionen wurde erst durch neue Analyseverfahren und -werkzeuge möglich, die Strukturen “abtasten" und visualisieren. Nanopartikel sind zu klein, um die elektromagnetischen Wellen des sichtbaren Lichts von ca. 400 – 800 nm zu reflektieren. Mit den modernen Elektronenmikroskopen war es bereits möglich, Objekte unter 1 nm zu visualisieren. In den 1980er Jahren hat die Nanoanalytik dann mit den Rastersondenmikroskopen den Sprung auf die atomare Ebene geschafft. So nutzt das Rastertunnelmikroskop den quantenmechanischen Effekt, daß Elektronen ihrem “Käfig" entwischen und die Energiebarriere durchtunneln können, zur Berechnung des atomaren Oberflächenprofils. Elektronen wandern aus der wenige Nanometer über der Probe plazierten dünnen Sonde des Mikroskops in die Probe. Es fließt ein schwacher Strom. Anhand der Stromstärke kann der Abstand zwischen Probe und Sonde berechnet werden. Wenn die Sonde über die Probe wandert, wird das Oberflächenprofil ertastet. Das funktioniert natürlich nur bei elektrisch leitfähigen Oberflächen. Mit dem Rasterkraftmikroskop gelingt 1986 auch die atomare Auflösung nicht leitfähiger Materialien. Wir können tatsächlich, obwohl wir im Nanokosmos blind sind, sehen, was wir tun. Aber warum tun wir es? Was bringt diese sukzessive Annäherung an den atomaren Maßstab? …

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